(57)【要約】【課題】僅かな製造時間および高い放射線遮蔽でセンサユニットの小さな寸法が達成されるようにする。【解決手段】接続ピン２４ａが、ハウジング縁部２２ｂから上方に曲げられているようにした。【選択図】図１
2006017712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一種類のガス濃度を分光学的に測定するためのガスセンサモジュールであって、当該ガスセンサモジュールが、少なくとも：
分光学的なガスセンサ（２）を有しており、該ガスセンサ（２）が、マイクロ構造化された測定構造体（１１）とコンタクトパッド（１７）とを有するセンサチップ（３）と、該センサチップ（３）に固定された、測定構造体（１１）をカバーするＩＲ透過性のキャップチップ（５）とを備えており、
プラスチック材料またはモールド材料から射出成形されたプリモールドハウジング（２２）を有しており、該プリモールドハウジング（２２）が、ハウジング底部（２２ａ）とハウジング縁部（２２ｂ）とを備えており、該ハウジング縁部（２２ｂ）に、測定構造体（１１）の上方に配置された絞り開口（３２）を備えたカバー（３０）が固定されており、
該カバー（３０）とキャップチップ（５）との間に設けられた、赤外線の波長範囲を選択的に濾過するためのフィルタチップ（９）を有しており、
ハウジング材料の射出成形によりプリモールドハウジング（２２）内に部分的に埋め込まれた、複数のリード（２４）を備えたリードフレーム（２３）を有しており、リード（２４）の外側領域が、基板にコンタクティングするための接続ピン（２４ａ）であり、リード（２４）の内側の領域がコンタクトパッド（２４ｂ）であり、該コンタクトパッド（２４ｂ）が、ガスセンサ（２）のコンタクトパッド（１７）にコンタクティングされている形式のものにおいて、
接続ピン（２４ａ）が、ハウジング縁部（２２ｂ）から上方に曲げられていることを特徴とする、少なくとも一種類のガス濃度を分光学的に測定するためのガスセンサモジュール。
【請求項２】
接続ピン（２４ａ）が、それぞれ１つの下側の第１の湾曲部（３６）と上側の第２の湾曲部（３９）とを有しており、第１の湾曲部（３６）によって、ハウジング縁部（２２ｂ）から進出したリード（２４）が上方に曲げられており、第２の湾曲部（３９）によって、リード（２４）が、ほぼ水平方向外向きに折り曲げられている、請求項１記載のガスセンサモジュール。
【請求項３】
ハウジング材料の射出成形によりガスセンサ（２）の下方のハウジング底部（２２ａ）内に伝導性の遮蔽プレート（４０）が埋め込まれており、該遮蔽プレート（４０）が、リード（２４）に接続されている、請求項１または２記載のガスセンサモジュール。
【請求項４】
フィルタチップ（９）が、キャップチップ（５）に絞り開口（３２）の下方で固定されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のガスセンサモジュール。
【請求項５】
リード（２４）のコンタクトパッド（２４ｂ）とガスセンサ（２）のコンタクトパッド（１７）とが、互いにワイヤボンディング部（２６）を介してコンタクティングされたボンディングパッド（２４ｂ，１７）である、請求項１から４までのいずれか１項記載のガスセンサモジュール。
【請求項６】
ガスセンサユニット（４２）において、
上面（４３ｂ）と下面（４３ａ）とを備えた基板（４３）が設けられており、
該基板（４３）に少なくとも１つの基板開口（５７）が設けられており、
請求項１から５までのいずれか１項記載のガスセンサモジュール（１）が設けられており、該ガスセンサモジュール（１）が、その接続ピン（２４ａ）で基板（４３）の下面（４３ａ）に固定されており、絞り開口（３２）を備えたカバー（３０）が、基板開口（５７）の下方に配置されており、基板（４３）に固定されたランプ（５３）が設けられており、該ランプ（５３）が、基板（４３）の上面（４３ｂ）の上方に配置されており、基板（４３）の上面（４３ｂ）／基板上面に固定された、ランプ（５３）から放射されたＩＲ放射線を基板開口（５７）に反射するためのリフレクタ（５４）が設けられていることを特徴とする、ガスセンサユニット。
【請求項７】
リフレクタ（５４）が、ランプ（５３）と基板開口（５７）とを取り囲んでいて、ガス通過開口（５６）を有している、請求項６記載のガスセンサユニット。
【請求項８】
基板下面（４３ａ）に能動的なかつ／または受動的な構成素子（４５，４６）が装着されている、請求項６または７記載のガスセンサユニット。
【請求項９】
ランプ（５３）が、基板下面（４３ａ）に固定されたランプ基台（５２）に載着されている、請求項６から８までのいずれか１項記載のガスセンサユニット。
【請求項１０】
リフレクタ（５４）の下方の基板上面（４３ｂ）に反射性の基板コーティング層（５９）が形成されている、請求項６から９までのいずれか１項記載のガスセンサユニット。
【請求項１１】
反射性の基板コーティング層（５９）が、アース接続部に接続されている、請求項１０記載のガスセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車分野に使用可能である、少なくとも一種類のガス濃度を分光学的に測定するためのガスセンサモジュールであって、当該ガスセンサモジュールが、少なくとも：
分光学的なガスセンサを有しており、該ガスセンサが、マイクロ構造化された測定構造体とコンタクトパッドとを有するセンサチップと、該センサチップに固定された、測定構造体をカバーするＩＲ透過性のキャップチップとを備えており、
プラスチック材料またはモールド材料から射出成形されたプリモールドハウジングを有しており、該プリモールドハウジングが、ハウジング底部とハウジング縁部とを備えており、該ハウジング縁部に、測定構造体の上方に配置された絞り開口を備えたカバーが固定されており、
該カバーとキャップチップとの間に設けられた、赤外線の波長範囲を選択的に濾過するためのフィルタチップを有しており、
ハウジング材料の射出成形によりプリモールドハウジング内に部分的に埋め込まれた、複数のリードを備えたリードフレームを有しており、リードの外側領域が、基板にコンタクティングするための接続ピンであり、リードの内側の領域がコンタクトパッドであり、該コンタクトパッドが、ガスセンサのコンタクトパッドにコンタクティングされている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような形式のガスセンサモジュールは、たとえばプリモールドハウジングを有している。このプリモールドハウジングは、ハウジング材料の射出成形により埋め込まれた、複数のリードを備えたリードフレームを備えている。リードは、プリモールドハウジングの内面にボンディングパッドを形成していて、外面には、基板、たとえばプリント配線板にコンタクティングするための接続ピンを形成している。たとえばチップスタックとして、ダイヤフラムと赤外線に対して敏感な測定構造体とを有するセンサチップと、測定構造体をカバーするキャップチップとから形成されたガスセンサは、一般的にハウジング底部に接着され、ワイヤボンディング部を介してリードのコンタクトパッドにコンタクティングされる。ハウジング内室は、ワイヤボンディング部を防護するためにパッシベーションゲルで充填されていてよい。キャップチップまたはカバー下面には、１つまたはそれ以上の光学的なフィルタチップが固定されている。このフィルタチップは、規定された波長範囲内のＩＲ放射線を選択的に通過させ、したがって、その都度のガスに対して重要な波長範囲内のかつ、たとえば参照波範囲内のＩＲ放射線の測定を可能にする。
【０００３】
この場合、接続ピンは下方に曲げられており、これによって、ガスセンサモジュールをその下面で基板に固定することができる。これに対して横方向に間隔を置いて、ＩＲランプ、たとえば低電流範囲で運転される白熱電球が設けられている。この場合、ＩＲランプとガスセンサモジュールとの間の吸収区間もしくは吸収室は、たとえば基板上面に固定されたリフレクタによって規定することができる。このリフレクタは、ＩＲランプから放射されたＩＲ放射線をガスセンサモジュールに反射する。したがって、吸収室内でのガスもしくはガス混合物の吸収をガス濃度の検出のために使用することができる。
【０００４】
この場合、ガスセンサモジュールは標準装着法で基板に組み付けられる。この基板には、種々異なる構成素子のほかに、ＩＲ放射線源も検出器に対して規定された間隔を置いて位置している。リフレクタは、ＩＲ放射線を集束するためにランプおよびガスセンサの上方に組み付けられる。横方向ならびに高さ方向でのセンサハウジングモジュールの寸法設定が決定的に最小のリフレクタサイズを規定する。なぜならば、リフレクタがガスセンサモジュールを閉じ込めるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、ガス濃度を分光学的に測定するためのガスセンサモジュールを改良して、僅かな製造時間および高い放射線遮蔽でセンサユニットの小さな寸法が達成されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために本発明の構成では、接続ピンが、ハウジング縁部から上方に曲げられているようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるガスセンサモジュールは従来のものに比べて複数の利点を有している。本発明によれば、ガスセンサモジュールの接続ピンが上方、すなわち、ガスセンサが組み付けられたハウジング底部から離れる方向にかつハウジングの上面に向かって曲げられている。したがって、ガスセンサモジュールをその接続ピンで基板に組み付けることができ、これによって、光学的なフィルタチップを備えた測定構造体が直接基板に向かい合って位置している。この基板において、適宜な基板開口が測定構造体およびフィルタチップの上方に形成されていることによって、ＩＲ放射線を基板を通して、基板下面に固定されたガスセンサに案内することができる。したがって、プリモールドハウジングの接続ピンはカバーもしくは開口に向けられている。
【０００８】
本発明によれば、リフレクタサイズを著しく減少させることができる。なぜならば、ガスセンサモジュールがリフレクタの下方に閉じ込められる必要がないからである。これによって、ガスセンサモジュールの総サイズを著しく減少させることができる。
【０００９】
さらに、全ての電気的な構成素子を基板の片面に１回のプロセスステップで、特に反転なしに組み付けることができる。これによって、製造時間が、両面のプロセスの省略によって著しく減少させられ、はんだ付け結合部の品質が片面のリフロはんだ付けプロセスによって改善される。
【００１０】
たとえばＮｉＡｕコーティング層のメタライゼーションによって形成することができる反射性の基板上面によって、ＩＲ放射線源からリフレクタだけでなく基板上面も介して基板開口への反射を行うことができる。高い放射線化学収率（Ｇ値）と、リフレクタと基板との間に形成された吸収領域の十分な有効範囲とが得られる。この場合、ガスセンサモジュール自体による放射線の望ましくない遮蔽は行われない。さらに、センサがＥＭＶ（電磁適合性）機能に関して敏感である場合でも、リフレクタがＥＭＶ機能を有していることが不要となる。
【００１１】
したがって、リフレクタが必ずしも金属からなっている必要はないかもしくはリフレクタの内面の金属製のコーティング層が、従来のシステムに部分的に当てはまるように、手間をかけて基板に電気的に接続される必要はない。基板上面の反射性のコーティング層は簡単にシステムアースに接続することができ、これによって、基板の下方に配置されたガスセンサモジュールと、別の電気的な構成素子との理想的なＥＭＶ防護が僅かな手間で保証される。
【００１２】
さらに、放射線の吸収路が、基板を通る変向と、基板上面の反射性のコーティング層による吸収室のより良好な有効範囲とに基づき増加させられる。これによって、測定精度が高められている。この場合、ガスセンサモジュールへの放射線の、リフレクタに対するガスセンサモジュールのより大きな間隔によって急傾斜の入射角も有利である。
【００１３】
さらに、本発明によれば、基板に対するガスセンサのチップの良好な応力分離を伴ったプリモールドハウジングが使用可能である。また、さらに、このプリモールドハウジングの形状付与および寸法設定もしくはフットプリントもＪＥＤＥＣ（Ｊｏｉｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｕｎｃｉｌ）規格に適合している。この場合、ハウジングは標準機器に装着可能であり、自動車に有効である。
【００１４】
ハウジング底部が平らな場合には、基板へのガスセンサモジュールの装着が不利に損なわれることなしに、ハウジングカバー構成を、たとえば開口、型押し加工部および縁部に基づき固有に変えることができる。したがって、本発明によれば、ハウジングの常に同じ裏面を吸着面として使用する、たとえば真空ピックアップツールを用いた、たとえばピックアンドプレース法による極めて簡単な標準装着が可能となる。
【００１５】
プリモールドハウジングのハウジング底部内には、リードフレームのアース接続ピンに接続されている遮蔽プレートもしくは金属製の面をハウジング材料の射出成形により僅かな手間で埋め込むことができる。これによって、基板上面に設けられた反射層の付加的な構成と、アースへの接続とにより、極めて良好なＥＭＶ防護を保証することができる。
【００１６】
本発明によれば、基本的に、前組付けされたリフレクタにおけるビーム路に対するガスセンサモジュールの電気的に能動的な位置決めが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１８】
ガスセンサモジュール１は、図１によれば、センサチップ３と、このセンサチップ３に真空密なシールガラス結合部４で固定されたＩＲ（赤外線）透過性のキャップチップ５とを備えたガスセンサ２を有している。キャップチップ５の上面には、光学的に透過性、すなわちＩＲ放射線に対して透過性の接着材層６によって光学的なフィルタチップ９が固定されている。
【００１９】
センサチップ３の上面には測定構造体１１が形成されている。この測定構造体１１は、空洞１２からサイドエッチングされて形成されたダイヤフラム１０と、このダイヤフラム１０に熱電対列構造体１４とを有している。この熱電対列構造体１４は、さらに、ＩＲ放射線を吸収するための吸収材層１５によってカバーされている。熱電対列構造体１４は、種々異なる材料、たとえば多結晶シリコンと金属とから成る、互いにコンタクティングされた少なくとも２つの導体路から成っていて、ダイヤフラム１０から横方向にこのダイヤフラム１０を越えてセンサチップ３の中実の縁領域にまで延びている。熱電対列構造体１４の導体路は、センサチップ３の上面でキャップチップ５の外部に設けられた、外部のコンタクティングのためのボンディングパッド１７に接続されている。キャップチップ５の下面には別の空洞１６が形成されている。この空洞１６内には測定構造体１１が収容されている。
【００２０】
センサチップ３は接着材層２０によって、モールド材料またはプラスチック材料から射出成形されたプリモールドハウジング２２の底部２２ａに接着されている。さらに、プリモールドハウジング２２は、全周にわたって延びるハウジング縁部２２ｂを有している。プリモールドハウジング２２内には、複数のリード２４から成るリードフレーム２３がハウジング材料の射出成形により部分的に埋め込まれている。この場合、リード２４の外側領域は接続ピン２４ａとして働き、リード２４のそれぞれ１つの内側領域はボンディングパッド２４ｂとしてその上面で露出している。この場合、このボンディングパッド２４ｂはワイヤボンディング部２６を介して、センサチップ３の上面に設けられたボンディングパッド１７にコンタクティングされている。
【００２１】
プリモールドハウジング２２は、絞り開口３２を備えた、たとえば金属から成るカバー３０によって閉鎖されている。絞り開口３２は光学的なフィルタチップ９の上方に配置されていて、したがって、入射するＩＲ放射線に対する絞りとして働く。ＩＲ放射線は鉛直方向で光学的なフィルタチップ９と、光学的に透明な接着剤層６と、キャップチップ５とを通って吸収材層１５に到達することができる。プリモールドハウジング２２とカバー３０との間のハウジング内室３４には、パッシベーションのためにパッシベーション媒体、たとえばパッシベーションゲル３５が装入されている。
【００２２】
本発明によれば、接続ピン２４ａが上方、すなわち、ハウジング底部から離れる方向に曲げられている。この場合、接続ピン２４ａは第１の湾曲部３６と第２の湾曲部３９とを有している。第１の湾曲部３６では、接続ピン２４ａが、ハウジング縁部２２ｂから進出する水平な経過から斜め上向きに曲げられ、第２の湾曲部３９では、接続ピン２４ａが再びほぼ水平な方向に曲げられる。
【００２３】
図２には、遮蔽プレート４０がリードフレーム２３の一部としてハウジング底部２２ａ内にハウジング材料の射出成形により埋め込まれた構成が示してある。遮蔽プレート４０はリード２４に接続されていて、したがって、相応の接続ピン２４ａを介して基板のアースコンタクトに接続することができる。
【００２４】
図３には、図１または図２に示したガスセンサモジュール１がその接続ピン２４ａで、基板として働くプリント配線板４３の下面４３ａに固定されているガスセンサユニット４２が示してある。プリント配線板４３の下面４３ａには導体路が形成されている。この導体路には別の構成素子、有利には制御ユニット４５、たとえばＡＳＩＣ４５と受動的な構成素子４６とがコンタクティングされている。基板開口５０を通して、載着されたランプ、たとえばＳＭＤ小型ランプ５３を備えたランプ基台５２が挿入されている。ランプ５３はプリント配線板４３の上面４３ｂを越えて突出している。さらに、この上面４３ｂには、ガス通過開口５６を備えたリフレクタ５４が固定されている。このリフレクタ５４は、ランプ５３と、ガスセンサモジュール１の絞り開口３２の上方の基板開口５７とを取り囲んでいる。リフレクタ５４によって閉じ込められた領域の内部では、プリント配線板４３の上面４３ｂに、たとえばＮｉＡｕから成る反射性の基板コーティング層５９が被着されている。したがって、ランプ５３から放射されたＩＲ放射線は、リフレクタ５４の内面および反射性の基板コーティング層５９で反射され、場合によって複数回の反射の後、基板開口５７を通ってガスセンサモジュール１に到達することができる。この場合、リフレクタ５４の鉛直方向の高さは、主として、たとえば低電流範囲における白熱電球として形成されたランプ５３の高さによって規定されている。別の構成素子、特に電子的な構成素子は基板４３の上面４３ｂに有利には設けられていない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の構成によるガスセンサモジュールの横断面図である。
【図２】ハウジング底部内にハウジング材料の射出成形により埋め込まれた遮蔽プレートを備えた第２の構成のガスセンサモジュールの横断面図である。
【図３】基板と、ガスセンサモジュールと、ランプと、種々の電子的な構成素子とを備えたガスセンサユニットの横断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ガスセンサモジュール、  ２  ガスセンサ、  ３  センサチップ、  ４  シールガラス結合部、  ５  キャップチップ、  ６  接着材層、  ９  フィルタチップ、  １０  ダイヤフラム、  １１  測定構造体、  １２  空洞、  １４  熱電対列構造体、  １５  吸収材層、  １６  空洞、  １７  ボンディングパッド、  ２０  接着材層、  ２２  プリモールドハウジング、  ２２ａ  ハウジング底部、  ２２ｂ  ハウジング縁部、  ２３  リードフレーム、  ２４  リード、  ２４ａ  接続ピン、  ２４ｂ  ボンディングパッド、  ２６  ワイヤボンディング部、  ３０  カバー、  ３２  絞り開口、  ３４  ハウジング内室、  ３５  パッシベーションゲル、  ３６  湾曲部、  ３９  湾曲部、  ４０  遮蔽プレート、  ４２  ガスセンサユニット、  ４３  プリント配線板、  ４３ａ  下面、  ４３ｂ  上面、  ４５  制御ユニット、  ４６  構成素子、  ５０  基板開口、  ５２  ランプ基台、  ５３  ランプ、  ５４  リフレクタ、  ５６  ガス通過開口、  ５７  基板開口、  ５９  基板コーティング層
【図１】
2006017712.tif 000003
【図２】
2006017712.tif 000004
【図３】
2006017712.tif 000005